CMOS的制造(工艺)流程

CMOS反相器的制造工

艺流程

院系：交通科学与工程学院 学号: 11131066 姓名 ： 姬勃

2013年12月9

日

摘 要：虽然集成电路制造工艺在快速发展,但始终都是以几种主要的制造工艺为基础。文章介绍了 CMOS反相器的主要工

艺流程,并对集成电路的主要制造工艺作了简要分析。 关 键 词： CMOS反相器 、工作原理、工艺流程

1.1 CMOS反相器 介绍

CMOS反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成。通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管。这种配置可以大幅降低功耗，因为在两种逻辑状态中，两个晶体管 中的一个总是截止的。处理速率也能得到很好的提高，因为与NMOS型和PMOS型反相器相比，CMOS反相器的电阻 相对较低 1.1工作原理

两个MOS管的开启电压VGS(th)P<0， VGS(th)N >0，通常为了保证正常工作，要求VDD>|VGS(th)P|+V GS(th)N。若输入vI为低电平(如0V)，则负载管导通，输入管截止，输出电压接近VDD。若输入vI为高电平(如VDD)，则输入管导通，负载管截止，输出电压接近0V。

综上所述，当vI为低电平时vo为高电平；vI为高电平时vo

为低电平，电路实现了非逻辑运算，是非门——反相器。

1.1 CMOS 的制造流程

CMOS 是集成电路的最基本单元，它的制作流程可分为前段和后段，前段流 程主要完成元件的制作，包括组件隔离区的形成、阱的植入、栅极的制成、LDD 的植入、源极和漏极的制成。后段流程主要完成元件之间的互连，包括第一层金 属的制成、第二层金属的制成、保护层和焊垫的制成。以 0.25 微米制程为例， 具体分为以下步骤。

1.1.1 组件隔离区的形成

1. 初始清洗 初始清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的方法将在晶圆表面的

尘粒，或杂质去除，防止这些杂质尘粒，对后续的制程造成影响，使得组件无

法

正常工作。表 2.1 是半导体制程中所用到的标准清洗步骤。

图 2.2 为前置氧化示意图。先长一层薄薄的二氧化硅，目的是为了降低后续 制程中的应力，因为要在晶圆的表面形成一层厚的氮化硅，而氮化硅具有很强的 应力，会影响晶圆表面的结构，因此在这一层氮化硅及硅晶圆之间，加入一层二 氧化硅减缓氮化硅的应力，因为氮化硅具有拉力而二氧化硅具有张力，因此加入 一层二氧化硅可以平衡掉硅晶圆表面的应力。

图 2.2 前置氧化

3．沉积氮

化硅

图 2.3 为沉积氮化硅示意图。利用 PECVD 的技术沉积氮化硅，用来隔绝氧气 与硅的接触，以定义出组件隔离的区域，使不被氮化硅所覆盖的区域，被氧化而 形成组件隔离区。

离子布植--离子布植是将所需的注入元素(如砷)电离成正离子，并使其获得 所需的能量，以很快的速度射入硅芯片的技术。而这个固体材料主要是由原子核 和电子组成的。

图 2.3 沉积氮化硅

4.组件隔离区的光罩形成 图 2.4 是组件隔离区的光罩形成示意图，利

用微影的技术，上光阻，将要氧

化绝缘的区域的光阻去除，而定义出组件隔离区。

5.氮化硅的蚀刻 图 2.5 是氮化硅的蚀刻示意图，将需要氧化区域的氮化硅利用活性离子蚀刻

法去除。接着再将光阻去除。

图 2.4 组件隔离区的光罩形成

图 2.5 氮化硅的蚀刻

6.元件隔离区的氧化 图 2.6 是元件隔离区的氧化示意图，利用氧化技术，在组件隔离区长成一层

厚厚的二氧化硅，形成组件的隔离区。 注：氧化--二氧化硅(SiO2)的制作方法有:1.热氧化法；2.沉积法；3.阳极氧

化法；4.氧离子注入氧化法。其中较常用的热氧化法又可分为 1.干氧化法；2.

湿氧化法；3.纯水氧化法；4.掺氯氧化法 。而湿氧化法又有普通湿氧氧化法及 氢氧合成湿氧化法。

7.去除氮化硅 图 2.7 是去除氮化硅示意图，利用活性离子蚀刻技术将氮化硅去除。

图 2.6 元件隔离区的氧化

图 2.7 去除氮化硅

1.1.2 阱的植入

1.N 型阱的形成

图 2.8 是 N 型阱的形成示意图，将光阻涂在芯片上之后，利用微影技术，将 所要形成的 N 型阱区域的图形定义出来，即将所要定义的 N 型阱区域的光阻去 除掉。利用离子布植的技术，将磷打入晶圆中，形成 N 型阱。

图 2.8 N 型阱的形成

2.P 型阱的形成

图 2.9 是 P 型阱的形成示意图，将光阻涂在芯片上之后，利用微影技术，将 所要形成的 P 型阱区域的图形定义出来，即将所要定义的 P 型阱区域的光阻去 除掉。利用离子布植的技术，将硼打入晶圆中，形成 P 型阱。接着再利用有机溶 剂将光阻去除。

图 2.9 P 型阱的形成

3.退火及氧化层的形成 图 2.10 是退火及氧化层的形成示意图，离子布

植之后会严重地破坏了晶格

的完整性。所以，掺杂离子布植之后的晶圆必须经过合理的退火。退火就是利用 各种形式的能量转换产生热量来消除晶圆中晶格缺陷和内应力，以恢复晶格的完 整性。同时使使注入杂质原子进入到替代位置而有效的活化加入的杂质。

图 2.10 退火及氧化层的形成

4.去除二氧化硅 图 2.11 是去除二氧化硅示意图，利用湿式蚀刻的方法

将芯片表面的二氧化

硅予以去除。

图 2.11 去除二氧化硅

1.1.3 栅极的制成

1.

栅极(gate)氧化层的形成

图 2.12 是栅极(gate)氧化层的形成示意图，利用热氧化形成良好品质的二 氧化硅，作为栅极的氧化层，此道步骤为制作 CMOS 的关键步骤。

图 2.12 栅极(gate)氧化层的形成

2.多晶硅的沉积

图 2.13 是多晶硅的沉积示意图，利用 LPCVD 的技术沉积多晶硅在晶圆表面， 以达到在闸极的区域有好的电性接触点。

注：LPCVD--低压化学气相沉积。低压化学气相沉积是在炉管中完成的，是 将气体反应物通入炉管中，加以反应形成所需的物质在芯片上。

图 2.13 多晶硅的沉积

3．栅极光罩的形成 图 2.14 是栅极光罩的形成示意图，先上光阻，再

利用微影技术将栅极的区域

定义出来。

图 2.14 栅极光罩的形成

4.活性离子蚀刻 图 2.15 是活性离子蚀刻示意图，利用活性离子蚀刻将

栅极区域以外，再用

LPCVD 所成长的多晶硅及在形成栅极时所生长的二氧化硅给蚀刻。

5.

热氧化 图 层氧化层。

2.16 是热氧化示意图，利用氧化技术，在晶圆表面形成一

图 2.15 活性离子蚀刻

图 2.16 热氧化

1.1.4 LDD 的植入

1.NLDD 植入

图 2.17 是 NLDD 植入示意图。首先上光阻，利用微影技术将 NMOS 的源 极及漏极区域的光罩形成之后,在 NMOS 的源极和漏极(source and drain)植入一 层很薄的 LDD，然后去光阻。

注：在次微米 MOS 中要用低掺杂漏极（LDD）来抑制热载流子效应.，因为 热载流子效应会导致元件劣化且影响晶片的可靠度。LDD 为高浓度的 source and drain 提供了一个扩散缓冲层，抑制了热载流子效应。

图 2.17 NLDD 植入

3.

PLDD 植入 图

2.18 是 …… 此处隐藏：2327字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……